UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FISICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL DISEÑO HIDRÁULICO IITEMA: DISEÑO DE LAS OBRAS HIDRÁULICAS DE CAUCASIANA) UNA TOMA DE FONDO, (TIROLESA 0 NOMBRE: OTAVALO ALBA JOSÉ HOMERO SEMESTRE: SEXTO-TERCERO PROFESOR: ING. SALOMÓN JAYA FECHA DE ENTREGA: 24/01/2013 DISEÑO HIDRÁULICO II 2013 I. INTRODUCCIÓN El principio de este tipo de obra de toma radica en lograr la captación en la zona inferior de escurrimiento. Las condiciones naturales de flujo serán modificadas por medio de una cámara transversal de captación (ver Figura 1). Esta obra puede ser emplazada al mismo nivel de la solera a manera de un travesaño de fondo. Sobre la cámara de captación se emplazará una rejilla la misma que habilitará el ingreso de los caudales de captación y limitará el ingreso de sedimento. El material que logre ingresar a la cámara será posteriormente evacuado a través de una estructura de purga. La obra de toma en solera se denomina también azud de solera u obra de toma tipo Tirolesa y puede ser empleada en cursos de agua con fuerte pendiente y sedimento compuesto por material grueso. Figura 1: Toma Tirolesa vista de planta y corte Este tipo de obra de toma ofrece como ventajas, la menor magnitud de las obras civiles y ofrece menor obstáculo al escurrimiento. Por otro lado, no juega un papel fundamental la ubicación de la obra, tal como sucede en las obras de toma con azud derivador. Página 2 de 26 dependiendo de la importancia aguas abajo. aunque normalmente oscila entre 20 a 50 cm. Debido a esto la rejilla puede ubicarse a cualquier altura sobre el fondo de manera que la altura de la azud puede llegar a hacerse cero. La rejilla es la parte más baja del coronamiento de la presa que cierra el rió. Funcionan para cauces que traen avenidas de corta duración y que llevan gran cantidad de piedras. La crecida de diseño se recomienda a un periodo de retorno de 50 años. La hidráulica del sistema diferencia dos estados de flujo a saber: Página 3 de 26 . Esto permite que las piedras pasen fácilmente por encima del azud con lo cual se suprime la costosa compuerta de purga o esclusa de limpieza. cualquiera que sea el caudal.DISEÑO HIDRÁULICO II 2013 En el diseño de una toma tirolesa es necesario considerar los siguientes criterios: Esta obra principalmente se adecua a ríos de montaña. En causes tienen pequeños contenidos de sedimentos finos y agua relativamente limpia en época de estiaje. el agua debe pasar forzosamente sobre ella. donde las pendientes longitudinales son pronunciadas que pueden llegar al 10 % o a veces más. DISEÑO DE LAS OBRAS HIDRÁULICAS 2.88 m3/s Factor de Obstrucción (f) = 15 % Ancho del Río= 18 m ESQUEMA DE LA REJILLA LARGO (L) ANCHO (B) Página 4 de 26 .1 DISEÑO DE LA REJILLA DE FONDO ESQUEMA: REJILLA P=2.88 m 3036 msnm DATOS: Diámetro Representativo piedra = 0.4 m Peso especifico del material de fondo (γs)= 2.95 cm Espaciamiento entre barrotes (s)= 5cm Inclinación de la rejilla con respecto a la horizontal (i)= 20% Caudal de Diseño (Qd) = 1.5 (T/m3) Espesor de barrotes (t) = 0.DISEÑO HIDRÁULICO II 2013 II. 5 1.08 L3/2 1.37 1.1224 Dimensiones de la rejilla L= 1.00 m Página 5 de 26 .12 m B= 3.18 L 1.6035 1.DISEÑO HIDRÁULICO II 2013 ANCHO (B) Donde: Tomamos una inclinación de 20% y 5 cm de apoyo a cada lado Nº PEDAZOS 4 5 LONG C/PEDAZO 1.2 PROYECCIÓN HORIZONTAL 1.47 1. DISEÑO HIDRÁULICO II 2013 CARGA DE ENTRADA (Ho) √ Página 6 de 26 . 435 Finalmente tendremos el valor de Ho ( ) ( ) Página 7 de 26 .01 t (cm) 0.5-0.6 para e/s >4 Co= 0.60 1.54 W pletina 1.42 1.05 1.93 W nec 1.22 1.88 L+0.95 e(cm) 3.2) C= 0.13 0.95 0.DISEÑO HIDRÁULICO II 2013 Nos valemos del cuadro de (KROCHIN) para escoger el valor de (e) L 1.08 0.18 2.325(0.54 1.325 i Co= 0.18 3.37 1.95 0.60 1.5 para e/s <4 Entonces: C= 0.02 El valor de c depende de la inclinación de la rejilla con la horizontal y está dado por C= Co -0. 0095 m. el número de barrotes será: Página 8 de 26 .04 m y un ancho de los barrotes de 0.1 Total de barrotes: Tomando una separación de 0.04 1.2 3.DISEÑO HIDRÁULICO II 2013 0. 21 P= 2.88 m RESOLUCIÓN: Ecuación de descarga para el perfil seleccionado: Dónde: Q= el caudal de crecida C= coeficiente de descarga variable Ho= carga sobre el vertedero.88 m Datos de nuestra obra: Qcr=28 m3/s Qd= 1. Página 9 de 26 .DISEÑO HIDRÁULICO II 2013 2.2 DISEÑO DEL AZUD ESQUEMA Perfil Tipo Creager 2.88 m3/s L= 18 m C= 2. La velocidad vertical producida por la acción de la gravedad. Donde Vh es la velocidad horizontal del agua sobre la cresta. está dada por la expresión: Siendo y la distancia vertical de recorrido.69 Ho. También se sabe que: Se obtiene la ecuación de la trayectoria como Página 10 de 26 . donde d es la altura de agua sobre la cresta del vertedero.DISEÑO HIDRÁULICO II 2013 ( ) ( ) Según Bazin tenemos que d = 0. 810 1. la cual ha sido calculada para Ho=1. o sea que para un Ho diferente. las abscisas y ordenadas deben ser multiplicadas por Ho PENDIENTE DEL PARAMENTO K 2.836 1. Más tarde se comprobó que K y n no son constantes. se puede calcular el perfil del azud basándose en tablas como la calculada por Ofizeroff.939 1.850 1. sino funciones de la velocidad de aproximación y de la inclinación del paramento aguas arriba.000 1.0 m. Para una primera aproximación.776 VERTICAL(nuestro caso) 3a1 3a2 3a3 Página 11 de 26 ..936 1.DISEÑO HIDRÁULICO II 2013 Y reemplazando Se tiene que Bradley comprobó que: Que corresponde con la ecuación de la parte inferior de la lámina libre de agua.873 n 1. 0 m. Ho = 1. Si Ho es diferente.DISEÑO HIDRÁULICO II 2013 Coordenadas de perfil Creager-Ofizeroff. el coeficiente C debe ser corregido (ver Tabla 3) Valores de corrección según Ofizeroff para paramento vertical Página 12 de 26 . 32696 LAMINA SUPERIOR -1.6 0.5 -1 -0.5 2 LAMINA INFERIOR PERFIL AZUD LAMINA SUPERIOR abscisas Página 13 de 26 .77672 -0.1248 -1.59736 0.2 0.6232 0.4 0.89832 1.17344 -1.5 1 1.22344 0.8588 1.19152 0. x 0 0.4636 PERFIL DEL PROYECTO -1.5 1 1.40584 0.5 0 ordenadas 0 0.38912 0.01064 0 0.00912 0.22056 -1.9424 -0.7 LAMINA INFERIOR 0.01064 0 0.0456 0.39232 AZUD 0.4 1.09576 0.01064 0.19152 0.05472 0.1 0.2 1.5776 -0.5 2 0.23256 0.DISEÑO HIDRÁULICO II 2013 Para nuestro caso no vamos a corregir el valor de C porque no varía mucho así es que multiplicaremos por el valor de a los valores tabulados en la tabla 2. Valores para nuestro caso.26312 -1.3 0.33288 -0.8 1 1.0912 0.06704 -0.05472 0. 3 MURO DE ALA L a carga de agua sobre el azud es de 0.30 m ESQUEMA MURO DE ALA 1.80 m pero por seguridad asumiremos 1 m y un 30 % más Ho = 1 +0.3 AZUD 4.3*1= 1.88 Página 14 de 26 .DISEÑO HIDRÁULICO II 2013 2.18 2. DISEÑO HIDRÁULICO II 2013 2.4 DISEÑO DE LA GALERIA ESQUEMA: GALERIA P=2.88 m3/s L= 1.88 m L 2700 msnm DATOS Qcr=28 m3/s Qd= 1.12 m P= 2.88 m B= 3 m Velocidad en el fondo de la galería √ √ Página 15 de 26 . 50 1.00 1.17 0.00 0.60 1.56 1.00 0.69 3.30 0.30 1.71 2.75 0.77 0.50 2.84 P (m) 1.20 1.88 V(m/s) 1.75 1.89 0.89 2.61 2.19 0.48 0.10 1.54 0. El calado es igual V2/g*d= 0.12 1.94 1.80 1.00 A(m2) 0.00 0.31 0.70 1.40 1.13 2.00 1.80 Página 16 de 26 .94 d (m) 0.39 0.69 0.50 2.00 0.40 1.63 0.84 0.351367781 < 1 FLUJO SUBCRITICO Asumimos un coeficiente de rugosidad igual a n= 0.43 1.38 2.10 1.90 2.DISEÑO HIDRÁULICO II 2013 Debemos evitar un resalto hidráulico al final de la galería para lo cual el flujo deberá ser subcritico.63 0.32 2.08 2.80 1.28 0.68 1.013 El cálculo se realiza usando tablas para lo cual dividimos el ancho B en 10 tramos de 0.15 0.43 0.20 0.24 2.30 m METODO DE ZAMARIN x (m) Q(m3/s) 0.80 0.90 0.60 0.50 0.70 1.38 0.71 0.56 0. 00 0.165 0.001 0.21 0.00236 0.287 0.23 J 0.00271 0.204 x 0.469 0.0008 0.0057 0.10 2.87 57.0008 0.00 0.0008 0.00336 hf 0.0066 0.07 59.28 0.115 0.086 0.576 0.DISEÑO HIDRÁULICO II 2013 R 0.30 0.00 50.31 0.918 0.062 0.147 0.90 1.678 0.0085 V2/2g 0.0012 0.00254 0.33 0.0020 0.50 1.00 57.00290 0.051 0.0075 0.00401 0.34 59.20 1.00233 0.052 COTA 1.30 0.0007 0.987 1.78 cm Página 17 de 26 .16 53.837 0.208 0.844 0.0012 0.065 0 COTA SUPERIOR DE LA REJILLA Espesor de los barrotes= Inclinación de la Rejilla= Altura de seguridad= 3.0009 0.00 d+∑hf+V2/2g 0.12 0.051 0.0049 0.18 0.80 2.0000 0.2+ 40.134 0.77 58.695 0.40 2.215 0.4 15 40.55 R^(4/3) 0.476 0.0000 0.184 0.0034 0.74 59.70 3.073 0.11 0.32 0.99 55.23 0.18 22.130 0.0010 ∑hf 0.374 0.19 0.58 = 145.00 0.23 0.00265 0.583 0.0007 0.100 0.355 0.0007 0.14 0.06 0.60 0.58 cm cm cm cm Altura total de la rejilla= 105.00241 0.0041 0.00312 0.22 0.34 C 0.26 0.16 0.765 0.0027 0.20 0.32 58.0009 0. DISEÑO HIDRÁULICO II 2013 Dimensiones de la obra 2.5 CANAL QUE CONECTA A LA REJILLA Y EL DESARENADOR Para lo cual nos valdremos del programa H canales Página 18 de 26 . 89 m Adoptamos una velocidad de agua en el desarenador igual a: Datos: Entonces el la sección transversal del desarenador será: Calculamos las dimensiones del canal del desarenador que tendrá una sección trapezoidal. Datos: Página 19 de 26 .6 DISEÑO DEL DESARENADOR DATOS: Qd= 1. El canal que llega al desarenador tiene una sección rectangular con un ancho b=1. un calado y1= 0.35 mm.0m.DISEÑO HIDRÁULICO II 2013 2.88 m3/s El tamaño de las partículas de arena que deben depositarse es de 0. 34 m T1= 1.00 m Página 20 de 26 .DISEÑO HIDRÁULICO II 2013 T2 Y2 m b2 Reemplazando y simplificando tenemos: Calculo de longitud del desarenador: Utilizamos la fórmula de Sokolov Dónde: y2= calado del desarenador v= velocidad de diseño del desarenador w= velocidad de sedimentación que está en función del tamaño de las partículas (TABLA Nº 9 KROCHIN) Datos: Calculo de la longitud de transición canal de entrada –desarenador En la superficie: Datos: T2= 4. 25 m por las siguientes razones: M= Varía entre 1.8-2 tomamos el mayor 2 V= 1m/s máxima velocidad en el vertedero para no causar mucha turbulencia en el desarenador Datos: Como el espejo de agua del desripiador (T2) es mucho menor que el ancho del vertedero se ubicará a lo largo de una curva circular al final de la cual estará la compuerta de lavado. Ancho del vertedero de paso Tomaremos un H= 0. reemplazamos en la segunda y reducimos la expresión y tenemos: Reemplazamos los valores y solucionamos por aproximaciones Página 21 de 26 .DISEÑO HIDRÁULICO II 2013 Calculo de la longitud de la proyección longitudinal del vertedero. Esquema: bv VERTEDERP DE PASO DESARENADOR T2 R L Tenemos que: Despejamos R de la primera ecuación. 405 m J= 5% Página 22 de 26 . está pendiente comienza al finalizar la transición.60 m 1.DISEÑO HIDRÁULICO II 2013 Entonces el radio R será: La longitud de la proyección longitudinal del vertedero será Finalmente la longitud total del desarenador será igual a: Por facilidad del lavado. al fondo del desarenador se le dará una pendiente del 5%. La caída del fondo será: 1. 7 DISEÑO DE LA COMPUERTA DE LIMPIEZA DEL DESARENADOR ESQUEMA Área: Perímetro mojado: Radio Hidráulico: Velocidad: Pendiente: 2.72 % Página 23 de 26 .DISEÑO HIDRÁULICO II 2013 2. 000 Descarga de la compuerta: √ ( ) Coeficiente de compuerta libre: K = 0.690 0.30 0.90 0.625 0.645 0.780 0.615 0.60 0.660 0.20 0.80 0.85 0.675 0.628 0.10 0.622 0.65 0.618 0.705 0.45 0.40 0.96 (Asumimos) √ ( ) Pasa el caudal requerido por que es superior al caudal de diseño ESQUEMA GENERAL DE LA OBRA Las dimensiones de cada una de las obras están en su respectivo cálculo Página 24 de 26 .00 0.720 0.620 0.95 1.15 0.50 0.55 0.745 0.70 0.611 0.630 0.645 E 0.35 0.00 Interpolando tenemos que: e = 0.25 0.650 0.638 0.835 1.DISEÑO HIDRÁULICO II 2013 Comprobar si el caudal de diseño pasa por la compuerta Partiendo de: De tabla: a/H 0.75 0. DISEÑO HIDRÁULICO II 2013 MURO DE ALA RIO COTA = 3036msnm AZUD REJILLA Y GALERIA RIO DESARENADOR VERTEDERO CIRCULAR COMPUERTA DE LIMPIEZA CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Página 25 de 26 . “Anotaciones de clase” SVIATOSLAV KROCHIN.com/ingenioacademico/images/pdf/capitulo%20VI.DISEÑO HIDRÁULICO II 2013 Cuando tenemos un caudal superior de 15 m3/s se recomienda dividir el desarenador en dos o más cámaras. Para el diseño del desripiador debemos procurar que la pendiente del fondo sea superior al 2 % para que se produzca el arrastre de los sólidos que pasan la rejilla.1-0. “Diseño Hidráulico” Página 26 de 26 . En el trazado del perfil del azud se eligió el tipo Creager por sus ventajas al no soportar presiones negativas sobre su perfil. con el propósito de no causar molestias al usuario cuando se hace labores de limpieza es necesario construir un canal directo esto no permite la suspensión del servicio.pdf VEN TE CHOW. Para el diseño del azud y los muros laterales se debe tomar el caudal de crecida para evitar cualquier inconveniente cuando se produzcan crecidas. sus dimensiones deben ser tal que descarguen en corto tiempo el caudal captado con esto aseguramos el buen funcionamiento del mismo. Al igual la compuerta de purga del desripiador.tecnaingenieros. Para garantizar la sedimentación de las partículas de arena debemos tomar velocidades entre 0. EL Desarenador es una estructura hidráulica muy importante que disminuye la turbiedad del agua captada con esto disminuimos perjuicios de equipos y estructuras aguas abajo.4 m/s. L a sección trapezoidal del desarenador es hidráulicamente más eficiente y más económica y facilita el lavado por que las partículas se acumulan al centro y fácilmente son arrastrados cuando se abre la compuerta de limpieza. “Hidráulica de canales” Ing. Salomón Jaya. BIBLIOGRAFÍA http://www.